晶体硅太阳电池太阳吸收率的影响因素分析 雷刚.doc

晶体硅太阳电池太阳吸收率的影响因素分析_雷刚,:0254-0096(2015)10-2329-06晶体硅太阳电池太阳吸收率的影响因素分析雷刚,曹佳晔,程志君,范襄,陆剑峰,陈洁利(上海空间电源研究所,上海200245)摘要:建立晶体硅太阳电池对太阳光的吸收模型,根据模型讨论影响硅太阳电池太阳吸收率的各种因素,进行相关分析和计算。探讨太阳电池的结构和制备工艺对太阳吸收率的影响,并通过相应的试验进行验证。研究表明,铝背反射器、硅片表面形貌、硼扩散浓度对晶体硅太阳电池的太阳吸收率有较大的影响,采用带通滤光玻璃盖片可显著降低具有陷光结构的高效率硅太阳电池的太阳吸收率。关键词:晶体硅太阳电池;太阳吸收率;反射率;玻璃盖片;近红外光中图分类号::A0引言P(λ)——AM0光谱的辐照度;R(λ)——叠层式中,太阳电池的反射率。硅橡胶在可见光和近红外区具有很高的透射率,因此叠层太阳电池的反射率主要与太阳电池本身(为便于区分以下称为裸电池)的反射率以及玻璃盖片的反射率有关,显然裸电池和玻璃盖片的反射率越高,相应地叠层太阳电池的太阳吸收率越低,下面将针对这两个方面进行详细的分析。由于硅太阳电池可靠性高、成本低,在各类航天飞行器上得到了广泛的应用。在空间环境下,硅太阳电池的工作状态与太阳吸收率密切相关,,电池的工作温度将升高1℃,%。近来太阳能无人[1]机成为新的研究热点,这些无人机大多采用带有陷光结构的高效率硅太阳电池,,由于平流层的空气极其稀薄,对流散热效应较弱,因此较高的太阳吸收率同样会影响电池的输出功率。为了尽可能降低太阳吸收率从而提高硅太阳电池在空间或平流层的实际输出功率,有必要对太阳吸收率的影响因素进行分析,采取相应的控制措施。另外,降低太阳吸收率也有助于降低地面用聚光硅太阳电池的工作温度。,,其太阳吸收率反射率主要取决于裸电池的反射率。裸电池的基本结构包括硅衬底、上电极、下电极以及减反射膜,上电极的面积一般占电池表面3%~5%,因此在分析裸电池的反射率时可将其忽略。对光在裸电池中的传播过程进行分析,如图2所示,入射光I0照射到裸电池上时,在电池的上下表面经过多次折射αs的定义是叠层太阳电池吸收的与入射的太阳辐射能之比,如式(1)。αs=1-(λ)R(λ)(λ)dλ(1)和反射,一部分被反射回去,另一部分在硅中传播时被硅吸收,其余部分被下电极吸收。收稿日期:2013-09-02基金项目:上海市科委基础研究领域项目(13JC1404200)通信作者:雷刚(1979—),男,学士、高级工程师,主要从事太阳电池方面的研究。******@IXk——光从IAk传播到IDk的过程中硅吸收的式中,光能,可知:IXk=1-e另外根据光的传播过程可知:=[1-R1(λ)]I0ICk=R2(λ)e1-β(λ)d[-β(λ)d]I+[1-e]IAk-β(λ)d-2β(λ)dCk(9)(10)IA(k+1)=R2(λ)R3(λ)eIAkIAk(11)(12)假定入射光I0的入射角为零,裸电池上、下表面均为镜面反射,由于硅衬底较厚,因此各光线之间无相干性。令光照射到裸电池上表面时的反射率为R1(λ),下表面的反射率为R2(λ),光从上表面射到电池外部时的反射率为R3(λ),硅对光的吸收系数的定义有:由式(8)~式(12)可得:X(λ)=[1-R]-β(λ)d12[]-β(λ)d(13),叠层电池的反射为β(λ),硅片厚度为d。根据裸电池的反射率RC(λ)率主要取决于玻璃盖片的反射率。玻璃盖片以掺二氧化铈的石英玻璃作为基体,表面蒸镀一层或多层的透明光学薄膜。镀有光学薄膜的玻璃盖片的光学特性可根据薄膜光学理论进行计算[2],考虑光线垂直入射的情况,令入射介质的折射率为n0,玻璃基体的折射率为ng,光学膜系包含K层薄膜,其中第j层的膜厚和折射率分别为dj、nj。各膜层的位相厚度δj为:RC(λ)=由图2可知:I∞k=1k(2)(3)I0膜R1(λ)和R3(λ)是相等的,将式(3)~式(5)代入式(2)可求得:由光学薄膜的透射定理可知,对于无吸收的薄Ik+1=R2(λ)R3(λ)eI2=[1-R3(λ)][